06高温气冷堆.docx
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06高温气冷堆
我们通常把五、六十年代建造的验证性核电站称为第一代；70、80年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发研究成熟的先进轻水堆；第四代核电技术是指待开发的核电技术，其主要特征是防止核扩散，具有更好的经济性，安全性高和废物产生量少。
第四代核反应堆的六个构型中，就有高气冷堆，这是一个很有前途的方案，现行的高气冷堆有两个流派：
石墨球床和柱状燃料的，前者的使用者是中国和南非，后者是美、俄和日本喜欢的，这里着重说一下我国的石墨球床堆电厂的技术特点。
石墨球床堆也叫卵石堆，最早是德国在本世纪60年代建成了原理堆，由于技术和需求的限制，30年没有大的发展，直到上个世纪90年代，国际能源危机的压力日趋严重，南非和中国先后开始了对这一技术的现代化研究和实用化探索，分别是南非国营电力设计的PBMR（400MW热功率）和中国原子能技术研究院设计的HTR-PM（460MW）。
两者的设计都已经基本完成，其间中国完成了清华大学10Mw原理堆（HTR-10）的建造和运行工作，HTR-10已经并网多时了。
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e991731 发表时间：
2012-04-0823:
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2
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高温气冷核反应堆（投资者必读）！
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我们知道，所有的核电站都由几个部分组成：
1：
堆芯，核燃料在此低速燃烧，产生热量
2：
冷却回路，堆芯产生的热量通过回路里的介质传导出去，使得堆芯保持一个稳定的反应度，持续工作。
3：
发电机组，把冷却回路中的热量通过汽轮机的方式转换成电能。
先说说燃料组件，石墨球床气冷堆的燃料组件大大不同于传统的核燃料组件，你可以把它看成一个西瓜，外壳是硬化的石墨材料，相当于西瓜皮，里面是稍微松散的石墨填料，相当于西瓜瓤，在西瓜瓤里均匀分布着一些以UO2为主要成分的西瓜子，这就是真正的核燃料颗粒，顺便说一下，这个瓜子有个用陶瓷做的瓜子壳，而UO2则相当于瓜子仁。
这个西瓜结构的燃料组件直径是6厘米——无论颜色还是尺寸都很像我国北方常见的煤球。
我们就暂时把它称作“煤球”好了。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
12:
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在反应堆的堆芯里面（多是一个环形的圆柱体），这些煤球就真的和煤球炉子里一样，直接填充进去就好了，在一定的度下，瓜子仁里面的核燃料开始裂变反应，产生热量，煤球里面的石墨起到慢化作用，保持链式反应的稳定运行，正常情况下，这些煤球的度是900摄氏度左右。
几何知识告诉我们，一堆球球堆在一起，他们的周围就自然而然的形成了均匀的空隙，这些空隙就是堆芯内部的冷却空间，我们在堆芯的一端注入高压氦气，另一端让高压氦气流出，快速流过煤球空隙的氦气带走了多余的热量，就构成了堆芯冷却的第一回路。
900摄氏度的高压氦气从反应堆中出来之后，有两个途径，一是继续经过一个水冷回路，把水加热成蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电，更先进一些的就是直接用氦气透平机组把热能转换成机械能，带动发电机。
冷却后的氦气继续打回堆芯，就构成了完整的换能循环过程。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
13:
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4
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在国家“863”计划的支持下，2000年12月，清华大学核研院建成了“模块式球床”10兆瓦高气冷实验堆（HTR—10）。
经过两年的调试，于2003年1月成功地实现了72小时连续满功率运行并网发电。
HTR－10是世界上第一座投入运行的具有模块式结构设计的球床高气冷堆。
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e991731 发表时间：
2012-4-0823:
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安全设计
石岛示范堆电站就是HTR-PM，结构还是2回路的，1回路氦气，2回路水。
热功率460Mw，电功率200Mw。
这种结构下最严重事故有两类：
1回路跑气和2回路的水跑到1回路去。
1回路跑气的情况，只要进气口和出气口不同时彻底断掉，堆芯是接触不到空气的，所以石墨球还是不会被氧化，即使两端同时断掉，石墨被氧化的周期是3个小时以上，除非吹纯阳，才可能导致石墨材料的剧烈燃烧。
根据清华实验堆的数据，在最严重的跑气，堆芯彻底失冷，控制棒卡住下不来，且燃料都是新装的（有劲儿）的情况下，30秒之内，燃料组件就达到了热平衡最大值，度是1030度左右，而“瓜子壳”的承受能力是1600，所以除非此时用球磨机磨燃料球，UO2还是跑不出来，而此后就是度继续下降，负反应最终接触链式反应。
即便是堆芯彻底漏气，空气完全取代氦气，有个计算，貌似是3天之后人工干预，只有2.5％左右的燃料颗粒，也就是“瓜子”能彻底暴露出来，而没有机械损伤的话，保护壳不会破裂，UO2还是出不来，形成的只是中子污染和铯134之类的逃逸。
而只要反应堆的壳子不坏（之间还有石墨耐热衬层）。
此种极限事故的辐射是周边2KM人群<5个毫西佛特，而医院X光师的环境，也要10-20个毫西佛特/小时的。
煤球核燃料的后处理是所有核装料中最好处理的，原因有4，1是首先燃烧深度大，可达90％以上，这是成型燃料组件做不到的，2是燃料颗粒外面的陶瓷保护层，大多数情况下可以隔绝可能的泄露，这也是成型组件做不到的，3是球球很小，你可以一个球一个球的拿机器彻底检查它的辐照结果，作为深度处理的依据，这还是成型组件做不到的，4石墨是非常稳定的，不怕腐蚀，机械强度也高，埋起来安全得多，这还是成型组件做不到的。
作者：
e991731 发表时间：
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燃料组件
这就是石墨球床的基本工作原理，相对于当前的压水堆/沸水堆/重水堆电站，简直巧妙到一定程度了。
下面我就说说它为什么巧妙
首先，他的燃料组件尺寸很小，精度要求也不高，制造起来就容易得多。
其次，堆芯的结构很简单，简直就是一个高精度的煤球炉子，只要容纳燃料球就好了。
第三，他的冷却热质是氦气，好处有三：
惰性气体，不用担心污染的传递，即使泄露也没事；单一的气体工质，不用复杂的流体控制理论；气体度很高，高达900度，而压水堆则只有300-400度，未来的超临界堆也不过500多度，所以效率不比压水堆低。
这就大大简化了冷却回路的复杂性，甚至只要氦气透平机过关，一个回路就可以了，而压水堆由于必须隔离污染的一次循环水，必须设计成两个回路。
由于工质是“干净”的，不必考虑管路中子脆化的问题，高气冷堆的回路造价和使用期限以及维护成本都低得多。
不仅如此，气冷堆还有先天的安全性，几乎是“绝对安全”的，核电事故说白了就一种，那就是堆芯因为度过高而融化，进而破坏安全设施，造成核泄露。
由于球床燃料的结构特点，这是不会发生的。
前面我们说了，燃料煤球里面的瓜子壳是陶瓷材料，瓜子仁是UO2燃料，这个壳可以承受1600度的度，正常情况下，外面的石墨“瓜瓤”的度是900度左右，一旦作为冷却的氦气停止供应了，煤球的度就会升高，“瓜瓤”的度也会升高，由于瓜瓤比瓜子多得多，会迅速带走瓜子表面的度，向外界辐射出去，保证“瓜子壳”不会超过极限的1600度。
所以堆芯是不可能融化的。
清华的示范堆就曾经不止一次表演过在不插入控制棒的情况下停止冷却的氦气泵，整个堆芯迅速达到热平衡，进而安全停堆。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
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如果说第三代压水堆AP-1000的非能动安全设计还依赖于一套需要维护的安全设备的话，高气冷堆连这套设备也省了。
所以说，这种设计不再需要能耐压的安全壳，不再需要冗余的安全设备，甚至可以简化成一回路设计，大大降低了成本。
做成模块化的电站，由于其独有的安全性，甚至可以在大城市周边直接安装使用。
球床气冷堆的造价优势和安全优势说过了，此外还有他的效率优势，就是电效率超过40％，大大高于哪怕是三代的压水堆，甚至四代的超临界堆，这就进一步降低了发电成本。
此外，由于热效率高，气冷堆的供热优势也十分明显，未来无论是高裂解天然气制取氢气还是高电解水制取氢气，900度的高热源都是必不可少的。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
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如果说第三代压水堆AP-1000的非能动安全设计还依赖于一套需要维护的安全设备的话，高气冷堆连这套设备也省了。
所以说，这种设计不再需要能耐压的安全壳，不再需要冗余的安全设备，甚至可以简化成一回路设计，大大降低了成本。
做成模块化的电站，由于其独有的安全性，甚至可以在大城市周边直接安装使用。
球床气冷堆的造价优势和安全优势说过了，此外还有他的效率优势，就是电效率超过40％，大大高于哪怕是三代的压水堆，甚至四代的超临界堆，这就进一步降低了发电成本。
此外，由于热效率高，气冷堆的供热优势也十分明显，未来无论是高裂解天然气制取氢气还是高电解水制取氢气，900度的高热源都是必不可少的。
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2012-4-0823:
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此外，球床气冷堆的优势还在于它的燃料燃烧十分充分，后处理成本低，模块化的气冷球床电站你可以给任何人用，而不必担心核废料被做成脏弹搞恐怖袭击。
至于球床堆的缺点，那就是对于气冷回路的加工要求很高，氦气透平机的功率不易做大（不过没关系，我们可以并联若干个小的，一样用），而气冷堆的功率密度远远小于压水堆（当然了，冷却工质是气体，怎么可能小得了），这对于发电堆来说不是什么缺点，但是对于动力堆却是致命的，也就是说，气冷堆上潜艇之类的传闻，完全是无稽之谈了。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
25:
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相对于球床气冷堆，另一种流派就是柱状燃料的气冷堆，不同之处就是把燃料做成柱状，也就是大块的石墨里面有很多小洞，小洞里镶嵌包裹陶瓷外壳的UO2燃料线。
这样的优势是效率更好一些，电效率可以接近50％，且单堆功率容易做大。
缺点是组件制造要求高，无法不停堆换燃料。
后一种流派的代表是日本、美国和俄罗斯，日本设计了GTHTR300，单堆热功率高达600Mw，比体积差不多的中国HTR-PM大了1/3，俄罗斯和美国也联合设计了GT-MHR，与日本的类似。
日本的30Mw柱状燃料高气冷堆HTTR也已经投入了并网运行。
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e991731 发表时间：
2012-4-0823:
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相对于球床气冷堆，另一种流派就是柱状燃料的气冷堆，不同之处就是把燃料做成柱状，也就是大块的石墨里面有很多小洞，小洞里镶嵌包裹陶瓷外壳的UO2燃料线。
这样的优势是效率更好一些，电效率可以接近50％，且单堆功率容易做大。
缺点是组件制造要求高，无法不停堆换燃料。
后一种流派的代表是日本、美国和俄罗斯，日本设计了GTHTR300，单堆热功率高达600Mw，比体积差不多的中国HTR-PM大了1/3，俄罗斯和美国也联合设计了GT-MHR，与日本的类似。
日本的30Mw柱状燃料高气冷堆HTTR也已经投入了并网运行。
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e991731 发表时间：
2012-4-0823:
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12
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总之，高气冷堆是四代核电中最接近使用的一种方案，优点是安全性和成本，缺点是没有技术的沿革，很多地方需要重头做起（其他方案，例如超临界堆，我们可以看作压水堆的进化），这就需要建设示范堆来逐步摸索经验，找出不足，进一步修正商用堆的设计。
无论成败，石岛示范堆都是我国乃至全球核电技术探索的一个重要步骤，给中国人在未来的发展中探索新的能源之路。
1994年9月30日上午10点08分32秒。
清华大学核研院。
来自30多个国家的60多名核能专家和国际原子能机构的员纷纷屏住呼吸，静静地察看着10兆瓦高气冷实验堆开始的核安全演示。
工作人员通过操作让核反应堆冷却剂循环风机停止工作，立刻反应堆向外传输热量的能力丧失了。
要知道，核反应堆在停堆之后还会继续产生热量，而不是像锅炉熄火后便不再产生热量。
这个热如果不加以冷却，反应堆就可能发生堆芯熔化、放射性外泄的严重事故，这也是核安全的最主要的技术挑战。
循环风机刚一停止工作，报声便剌耳地响起，中外宾客瞪大眼睛盯住显示屏上的变化，只见正常运行的曲线急剧下降，反应堆的热功率由3000多千瓦降为几百千瓦，最后反应堆发热维持在正常运行时的1.5％％左右。
这表明热量通过反应堆压力壳的表面自动散发到周围环境中，而不需要任何附加的冷却系统。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
32:
46[我支持][不好说][我反对][引用][回复主题]删除此回复
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核研院的这一实验展示了模块式高气冷堆的一个最重要特性：
在任何事故情况下，包括丧失所有冷却的情况下，不采取任何人为的和机器的干预，反应堆能保持安全状态。
我国已经掌握核电站的最新一代技术。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
34:
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14
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中国第四代核电技术是世界最先进的
结果却把自己的技术和美国分享
而美国第三代核电技术居然还在设计中，却在中国招标成功，也就是说，中国却付钱给美国人，并帮美国人设计开发完这个所谓的美国的先进核电技术。
并且并把中国约8000亿的核电市场拱手让给美国人。
2007年底
因核电招标中泄密
中国技术进出口总公司
原总裁蒋新生被双规
2008年底
中国广东核电集团原副总经理
沈儒刚及集团20多人涉案被查
2009年8越5号
中国核工业集团组书记总经理
康日新因涉嫌严重违纪
接受组织调查
2010年1月15号被开除籍和公职
2009年8月5日
新华社发布消息称
原中核集团组书记、总经理康日新因严重违纪，正在接受组织调查。
2010年1月15日康日新被开除籍和公职
康日新领导下的中核集团
在国资委中央企业名录中排第一位
有着“头号央企”的美誉
康日新因此被称为“中国核掌门”
康日新落幕事件引发了
中国核共业的深度反思
各方分析认为
我国在一些核电重大项目的招标上
尽管制度设计得极为严密
但“人”的因素仍能发挥作用
中国在20多年的核电发展过程中
技术路线一直摇摆不定
这给了国外核电巨头
鲸吞中国核电建设庞大蛋糕的机会
而我国自己拥有的核电技术知识产权
却被日益边缘化
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
38:
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15
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根据媒体报道，美国西屋AP1000在2006年12月投标时胜出的原因是因为报价低，低了每千瓦1000到1500美元之间，而且我们国家核电技术公司董事长王炳华认为中国在2006年年底率先引进AP1000的技术实际上是节约了成本。
那么实际数据则是，2006年的国际招标是每千瓦1800-1900美元上报中央，而不是王炳华所说的1000-1500美元，而且负责引进的中国核电技术公司现在也要求中国政府准备按2000多美元一千瓦的价格来接盘，而且还附带了一个令人恐惧的条件：
上不封顶。
除了我们规划的1800到1900美元上报中央、要求政府以2000多美元接手之外，我们发现美国的技术还要再外加4300美元以上的每千瓦投资的研发费用、投资费用，加在一起6000多美元。
与昂贵的外国第三代AP相比，我们自主设计的秦山二期核电站，每一千瓦全部加在一起只有1662美元，如果用AP1000除了2000多美元价格接手之外还有4000多美元以上的每千瓦投资的钱。
因此，它是我们自主建设的3倍。
我们花了8000亿引进AP1000,8000亿拱手让人！
其实我对中国的工业一直报以怀疑的态度，但是核能方面，我必须老实的说中国是比美国先进的！
我们已经掌握了第四代技术。
核能的第一代、第二代、第三代技术基本上是一样的，这与第四代是完全不同的！
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
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清华大学有成熟先进的第四代核电技术，为什么中国还要大规模进口美国第三代核电设备！
？
笔者前几天发了中国建设第四代高温气冷核电站的帖子，得到了中华网和广大网友的支持。
遗憾的是，有些人根本不相信我的帖子，认为我是在吹牛皮。
现在，我介绍一下中国第四代高温气冷核电站的详细情况。
中国第四代高温气冷核电站的业主是华能山东石岛湾核电有限公司。
该公司由华能集团、中国核工业建设集团公司、清华大学控股有限公司共同投资设立，是华能集团下属控股企业。
核电站厂址位于山东省荣成市南部的石岛湾。
规划容量四百万千瓦，包括19台20万千瓦高温气冷堆核电机组。
公司一期工程建设的第一台20万千瓦机组将于今年6月开工，2013年投产发电。
模块式高温气冷堆是国际公认的新一代先进核反应堆，由于安全性好、发电效率高、用途广泛、系统简单、小容量模块化建造等特点，能够适应能源市场对供电以及未来制氢的需要，已引起各国的高度重视。
在美、德、日、韩等十国相继推动的第四代核能系统发展规划中，高温气冷堆是优先发展的技术，是最有希望成为能够适应未来能源市场安全和经济需要的先进堆型之一。
我国在高温气冷堆技术上已经取得了实质性突破。
由清华大学设计、建造和运营的1千千瓦高温气冷实验堆核电站，于2003年1月实现满功率运行并网发电，成为世界上第一座高温气冷堆实验电站。
它的建设成功标志着我国在该领域跨入世界先进行列。
远远地超越了美国、法国，俄罗斯，德国，加拿大。
大概估算一下，应该比他们领先十年。
但是，美国却不肯承认中国的高温气冷电站是第四代核电站。
国际原子能机构也给美国捧场，居然提出，世界各国应该让美国主导，研制高温气冷核电站。
这是什么意思呢？
这是暗示中国，不要抢风头，应该老老实实地跟在美国后面，当小学生。
作者：
e991731 发表时间：
2012-4-0823:
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再多说几句，某些人全力引进美国西屋的AP1000核电站，他们还打算让全国的核电站都采用AP1000机型，把清华大学的高温气冷机型压下去。
可惜的是，由于西屋公司根本没有完成该电站的设计定型，AP1000还有很多问题。
最糟糕的，西屋公司是吃上中国了，来了个狮子大开口，没完没了地向中国要钱。
结果，把某些人搞得非常狼狈。
他们只好一再要求属下"耐心、细心，要准备应付各种复杂局面。
不要动摇，不要折腾。
"但是，不管他们怎么给属下打气鼓劲，可以断定，中国的高温气冷核电站将抢先建成发电，AP1000将大大地落后了。
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